НАСА начинает разрабатывать свою следующую крупную астрофизическую миссию - космический телескоп, который обеспечит самую большую картину вселенной, которую когда-либо видели с той же глубиной и ясностью, что и космический телескоп Хаббла.
Планируемый к запуску в середине 2020-х годов, широкоугольный инфракрасный телескоп (WFIRST) будет функционировать в качестве широкоглазого кузена Хаббла. Будучи столь же чувствительным, как камеры Хаббла, 300-мегапиксельный широкоугольный прибор WFIRST будет отображать площадь неба в 100 раз больше. Это означает, что одно изображение WFIRST будет содержать эквивалентную деталь из 100 изображений из Хаббла.
«Картина из Хаббла - прекрасный плакат на стене, в то время как образ WFIRST будет охватывать всю стену вашего дома», - сказал Дэвид Спергель (David Spergel), сопредседатель научной рабочей группы WFIRST.
Широкое угол зрения телескопа позволит ему генерировать невиданные ранее большие картины Вселенной, которые помогут астрономам исследовать некоторые из величайших тайн космоса, в том числе, почему расширение Вселенной, кажется, ускоряется. Одним из возможных объяснений этого ускорения является темная энергия, необъяснимое давление, которое в настоящее время составляет 68 процентов от общего содержания космоса и, возможно, меняется по истории Вселенной.
Другая возможность заключается в том, что это кажущееся космическое ускорение указывает на развал общей теории относительности Эйнштейна на больших участках Вселенной. WFIRST будет иметь возможность протестировать обе эти идеи.
Чтобы узнать больше о темной энергии, WFIRST будет использовать свое мощное 2.4-метровое зеркало и широкодиапазонные приборы, чтобы сделать две вещи: нрисовать карту, как материя структурирована и распределена по всему космосу, и измерить, как вселенная расширялась с течением времени. В этом процессе миссия будет изучать галактики сквозь космическое время, от настоящего до того времени, когда вселенной было всего полмиллиарда лет, или около 4 процентов ее нынешнего возраста.
Дизайн телескопа WFIRST. Изображение: NASA.
«Чтобы понять, как вселенная эволюционировала от горячего однородного газа к звездам, планетам и людям, нам нужно изучить начало этого процесса, посмотрев на ранние дни Вселенной», - сказал ученый проекта WFIRST Джеффри Крук (Jeffrey Kruk) в NASA, в Центре космических полетов Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. «Мы многому научились в других широкомасштабных наблюдениях, но WFIRST будет самым чувствительным и даст нам наш самый дальний взгляд во времени».
WFIRST будет делать это с помощью многочисленных стратегий наблюдений, включая съемки взрывоопасных звезд, называемых сверхновые и скопления галактик, и определение распределения галактик в трех измерениях. Измерение яркости и удаленности сверхновых было первым доказательством наличия темной энергии. WFIRST расширит эти исследования на большие расстояния, чтобы измерить влияние темной энергии с течением времени.
WFIRST будет измерять точные расстояния до кластеров галактик, чтобы отобразить, как они росли с течением времени. Миссия также будет определять расстояния до миллионов галактик, измеряя, как их свет становится более красным на больших расстояниях, явление, называемое красным смещением. Чем дальше от галактики, тем светлее ее свет появляется, когда мы видим это. Сопоставление трехмерных положений галактик позволит астрономам измерять, как изменяется распределение галактик с течением времени, обеспечивая еще одно измерение того, как темная энергия влияет на космос.
Первичная сборка зеркала. Фото: Harris Corporation / TJT Photography .
Широкодиапазонный прибор телескопа также позволит WFIRST измерять вещество в сотнях миллионов далеких галактик через феномен, продиктованный теорией относительности Эйнштейна. Массивные объекты, такие как галактики, вытягивают пространство-время таким образом, что изгибают свет, проходящий рядом с ними, создавая искаженный, увеличенный вид дальних галактик позади них. Используя этот эффект увеличительного стекла, называемый слабым гравитационным линзированием, WFIRST рисует широкую картину того, как материя структурирована во вселенной, позволяя ученым поставить базовые физические наработки в окончательный тест.
WFIRST может использовать это же явление светового изгиба для изучения планет за пределами нашей солнечной системы, известной как экзопланеты. В процессе, называемом микролинзированием, передняя звезда в нашей галактике действует как объектив. Когда его движение случайным образом выравнивается с далекой фоновой звездой, объектив увеличивается, осветляет и искажает звезду фона. По мере того как линзирующая звезда дрейфует по своей орбите вокруг галактики и сдвиг выравнивания, так же и кажущаяся яркость звезды. Точная картина этих изменений может выявить планеты, вращающиеся вокруг звезды линзирования, потому что сами планеты служат миниатюрными гравитационными линзами. Такие выравнивания должны быть точными и длиться только несколько часов.
Наблюдение от микролинзирования WFIRST будет отслеживать 100 миллионов звезд в течение сотен дней и, как ожидается, найдет около 2500 планет со значительным количеством скалистых планет в регионе и за его пределами, где может существовать жидкая вода. Этот метод обнаружения планеты достаточно чувствителен, чтобы найти планеты, меньшие, чем Марс, и покажет планеты, вращающиеся вокруг их звезд-хозяев на расстояниях мешьше, чем от Венеры до Плутона.
Эти результаты сделают WFIRST идеальным компаньоном для таких миссий, как NASA Kepler и предстоящий спутник Surcing Exoplanet Survey Satellite (TESS), которые лучше всего подходят для поиска более крупных планет, близких по орбите к своим звездам-хозяевам. Совместно открытия из этих трех миссий помогут завершить перепись планет за пределами нашей солнечной системы, помогая нам узнать, как формируются планеты и мигрируют в такие системы, как наши собственные. Комбинированные данные этих миссий дают представление о планетах в критической области, известной как обитаемая зона, на орбитальной дистанции от звезды-хозяина, которая позволила бы поверхности планеты поддерживать жидкую воду и, возможно, жизнь.
WFIRST также будет оснащен инструментом по технологии коронографа, предназначенным для непосредственного изображения экзопланет, и блокирующим свет звезды, позволяя наблюдать гораздо более слабые планеты. Будучи первым продвинутым коронографом НАСА в космосе, он будет в 1000 раз более способным, чем любой предыдущий. Это ключевой шаг в направлении будущих прямых миссий по визуализации, которые будут изучать по-настоящему земные планеты, обнаруженные поблизости. Инструмент сможет отображать планеты - газовые гиганты, вращающиеся вокруг зрелых Солнцеподобных звезд, что позволяет ученым изучать их способами, которые раньше не были возможны. Ученые надеются использовать коронограф для определения важных свойств этих планет, таких как их состав атмосферы.
Первичная сборка оптического телескопа. Фото: Harris Corporation / TJT Photography .
WFIRST будет служить важным инструментом для научного сообщества через его программы «Общий наблюдатель» и архивирование данных. Все данные WFIRST будут публично доступны сразу после обработки и доставки в архив. Кроме того, представив предложения по конкурсной программе, ученые всего мира смогут использовать обсерваторию для изучения космоса по-своему, от ближайших экзопланет до кластеров отдаленных галактик.
Миссия будет дополнять другие миссии, которые, как ожидается, будут работать в следующем десятилетии, в частности, космический телескоп Джеймса Вебба, который планируется запустить в 2019 году. Вебб подробно опишет редкие и интересные объекты, а WFIRST будет широко рассматривать вселенную. WFIRST также будет дополнять новые наземные обсерватории, такие как Большой синоптический телескоп (LSST), который в настоящее время находится в разработке. Объединив данные из WFIRST и LSST, ученые смогут просматривать вселенную в девяти различных длинах волн, с данными, которые будут предоставлять наиболее подробный широкоугольный вид вселенной на сегодняшний день.
Будучи пионером множества инновационных технологий WFIRST будет служить как многоцелевая миссия, дающая общую картину Вселенной и помогающая нам ответить на некоторые из самых глубоких вопросов в астрофизике, например, как вселенная эволюционировала в то, что мы видим сегодня, ее конечную судьбу и одни ли мы.
«Создавая этот телескоп, мы предлагаем богатство науки и способность решать такие вопросы», - сказал Спергель. «Это очень интересно не только ученым, но и всем, кто смотрит на небо и удивляется».
Источник: phys.org
